JPH06308321A - カラーフィルター及び多色液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極パターンの改良により、高分子電着カラ
ーフィルターの品質向上と低コスト化を実現する。 【構成】 高分子電着カラーフィルターに用いられる電
極パターンのうち、電着用端子部の面積を拡大し、パッ
ド型形状の電極パターンを含む電極パターン基板。 【効果】 従来問題となっていた高分子電着カラーフィ
ルターにおけるバイポーラを防止することにより、高品
質のカラーフィルターと低価格化を実現することができ
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液晶表示装置を多色
化するために用いられるカラーフィルターと、そのカラ
ーフィルターを用いた多色液晶表示装置に関する。特
に、高分子電着法により製作されるカラーフィルター及
びその高分子電着カラーフィルターを用いた多色液晶表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１に、高分子電着法によるカラーフィ
ルターの例を示した。図１（ａ）は複数の透明電極パタ
ーンを有するガラス基板で着色用端子１２を用いて透明
電極１ａ，１ｂ，１ｃ上に順次着色層が形成される。図
１（ｂ）は、透明電極１ａ上に赤色着色層１Ｒ、透明電
極１ｂ上に絶縁着色層１Ｇ、透明電極１ｃ上に青色着色
層１Ｂが設けられ、その着色層上にトップコート１３と
呼ばれる透明樹脂と、さらにその上に透明電極パターン
１４が設けられている。

【０００３】図１（ｃ）は、図（ｂ）を平面に置き換え
たものであり、トップコート１３上の透明電極１４は、
着色層１Ｒ，１Ｇ，１Ｂと直交している。一般にトップ
コート１３は透明電極１４を形成するために不可欠な層
として設けられている。透明電極１４の材質はＩＴＯ
（Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ ）と呼ばれる無機膜であり、高
分子材料である着色層１Ｒ，１Ｇ，１Ｂとの熱膨張係数
の差が大きい。この熱膨張係数の差が大きいことによ
り、密着性不良を起こし、透明電極１４のはがれ等を防
止するためである。

【０００４】また、透明電極１４を設ける理由は、着色
層１Ｒ，１Ｇ，１Ｂが絶縁抵抗が大きく、透明電極１
ａ，１ｂ，１ｃが液晶駆動電極として使用できる十分な
条件にないためである。高分子電着カラーフィルターの
絶縁抵抗は膜厚に依存し、従来のカラーフィルター膜厚
１．５ミクロンでは１０¹²〜１０¹³Ωに達している。

【０００５】透明電極１４をカラーフィルター１Ｒ，１
Ｇ，１Ｂと直交したパターン（通常コモン電極と呼ぶ）
にしているのは、図２に示した多色液晶表示装置におけ
る対向電極（通常セグメント電極と呼ぶ）よりもパター
ン精度が粗く、製造上有利であるからである。一般に、
コモン電極パターンはセグメント電極パターンの３倍の
ピッチを有している。

【０００６】図２は、前述したように高分子電着カラー
フィルターを用いた従来の多色液晶表示装置の断面模式
図である。対向電極であるセグメントパターン２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆを設けた対向ガラス基板２
１にシール剤２３を介して前記カラーフィルター基板１
１が設けられ、その間隙部分に液晶２４が配置されてい
る。この図２では、図１（ａ）中の着色専用の端子部で
ある（以後、着色端子と呼ぶ）着色端子１２部分は切断
・除去されており、接続用端子１５がシール剤２３の外
部に配置されている。

【０００７】また、図３はセグメント電極パターン（２
ａ，２ｂ，２ｃ…）を配置した対向電極基板２１の平面
模式図である。図３中３２は液晶駆動部、３３はセグメ
ント電極側の外部接続端子である。セグメント電極パタ
ーン２ａ，２ｂ，２ｃ…が１本おきに外部接続端子３３
が配置されているのは、接続ピッチを確保するためであ
る。現状における多色液晶表示装置の表示画素は通常２
００〜４００ミクロンの大きさであり、１画素中に３色
（１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ）のカラーフィルターが入るので、
カラーフィルター及びセグメントパターンピッチはその
３分の１のピッチになる。したがって、ピッチの寸法は
１００ミクロン前後の高精細パターンとなる。この高精
細の外部接続端子パターンには液晶駆動用のドライバー
ＩＣが組み込まれたＴＡＢ(Tape Automated Boning) と
呼ばれるフィルム状部品が接続される。ＴＡＢ接続の場
合、寸法精度の技術上及び生産上の問題から寸法ピッチ
は通常１５０ミクロン以上が必要である。よって、高精
細パターンの多色液晶表示装置におけるセグメントパタ
ーンの外部接続端子３３は１本おきに配置され、ＴＡＢ
接続を可能にする寸法ピッチを確保している。

【０００８】図２に示した従来の多色液晶表示装置のう
ち、カラーフィルター基板１１の製造工程は、電着カラ
ーフィルター１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを形成するための透明電
極パターン１ａ，１ｂ，１ｃが設けられ、その表面上に
高分子電着カラーフィルター１Ｒ，１Ｇ，１Ｂが形成さ
れ、その後透明電極１４が成膜およびパターニングされ
る。これらの工程は、高額な設備と複雑多様な製造工程
になり、カラーフィルター基板製作上経済的に多大な負
担となる。カラーフィルターコストが多額になると同時
にこのカラーフィルターを用いる多色液晶表示装置の製
作コストを大幅に引き上げるという問題を有している。

【０００９】図２に示した多色液晶表示装置の透明電極
パターン１ａ，１ｂ，１ｃは従来電着カラーフィルター
１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを形成するためだけに使用されてい
る。この電着カラーフィルター形成用の透明電極パター
ン１ａ，１ｂ，１ｃを液晶駆動電極として兼用しようと
する考えは、高分子電着法によるカラーフィルターが開
発された当初から存在していた。

【００１０】しかし、その実現及びカラーフィルターの
色再現性を実現するためには、種々の関連技術の発展を
待たねばならなかった。たとえば、低抵抗値の透明電極
を安定にかつ廉価に製造するＩＴＯ成膜技術、コントラ
ストや応答速度の良好な液晶材料技術、高分子材料であ
るカラーフィルター上で液晶を配向させる低温硬化可能
な配向材料技術及び低温成膜可能なＩＴＯ成膜技術、な
かでもカラーフィルターの色再現に不可欠で、ほぼ完全
な白黒表示を可能にしたＳＴＮ（スーパーツイステッド
ネマチック）液晶技術とＳＴＮを補うＲＣＦ（リターデ
ーションコントロールフィルム）技術等々である。

【００１１】現在では、カラーフィルターを用いたＳＴ
Ｎカラー液晶表示装置は幅広く工業化されている。高分
子電着カラーフィルターもその構成部品として一翼を担
っている。図１に示したこの電着カラーフィルターの構
成をより簡素化することが本発明の目的の一つである。

【００１２】次に、このストライプパターンの３原色を
有した高分子電着カラーフィルターの製造方法につい
て、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、透明ガラス
基板上に複数の透明電極が形成されている基板の断面図
である。まず初めに、この透明電極基板上の一部に、防
染膜と呼ばれる膜（図４（ｂ））が形成される。これは
完成したカラーフィルターがカラー液晶表示装置に組み
立てられる際に、その製造上の理由から着色層の形成を
避ける必要があるためである。

【００１３】同様にして２色目の高分子電着カラーフィ
ルターを形成する。第３色目のカラーフィルター形成も
これまでと同様に、最も短い複数の透明電極パターンを
用いて行われる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図１（ａ）に示した従
来技術による高分子電着カラーフィルターに用いられる
透明電極パターンでは、図４（ｄ）の１色目の電着工程
及び２色目の電着工程において、以下に示すような問題
が発生する。図５（ａ）は、１色目の電着、すなわち、
図４（ａ）の１ａの透明電極パターンに高分子電着を行
った後のカラーフィルター基板の平面模式図である。図
中１Ｒには１色目の高分子カラーフィルターが形成され
ている。この１色目の高分子電着カラーフィルター形成
時に、図５（ａ）に見られるように、カラーフィルター
が析出してはいけない非通電部の透明電極パターンの一
部に１色目のカラーフィルターが析出するという現象が
生じる。この現象は、通電した透明電極の間に挟まれて
いる非通電部の透明電極に生じることから「バイポーラ
現象」と呼ばれている。

【００１５】さらに、図５（ｂ）に見るように、２色目
の電着を行うと、バイポーラ現象はその領域を拡大して
発生するようになる。このバイポーラ現象が生じると、
２色目及び３色目の電着端子部には絶縁膜である高分子
カラーフィルターが形成されるため、２色目以降の高分
子電着カラーフィルター形成に支障が出る。具体的に
は、図５（ｂ）２２の２色目の電着に使われる共通電極
の銀ペーストと２色目の透明電極パターンとの電気的接
続が不充分となり、２色目の高分子電着カラーフィルタ
ーの膜厚が十分得られないという問題が生じる。ひどい
時は、全く電着されない透明電極パターンも発生する。
３色目の電着時も同様である。

【００１６】

【課題を解決するための手段】バイポーラ現象について
は、これまでに様々な角度から検討し、抑制ないしは防
止するための要因についてある程度確認されてきてはい
る。高分子電着カラーフィルターの場合には膜厚のコン
トロールは、浴温、印加電圧、電着時間等で行われてい
ることはすでに述べたが、これらの中では印加電圧を低
くすることが有効であることがわかっている。しかし、
印加電圧のコントロールだけでは完全にバイポーラ現象
を防止できない。

【００１７】そこで、本発明では、（１）接続用電極パ
ッド幅を充分広く持たせ、かつカラーフィルター作成時
にも両側に端子を配置できるように電極のパターンに改
良を加えた。つまり、本発明は図６に示したような両端
部に着色用端子に設ける透明電極を採用した。この透明
電極パターンは、図２に示した透明電極パターンを基本
的に崩さず、透明電極パターンの両側部分にパターン幅
の小さなパターンを１本おきに通して、それぞれの着色
に応じた長さにしたことに特徴がある。すなわち、高分
子電着カラーフィルターの１色目の着色端子４ａと３色
目の着色端子４ｃの間に２色目の着色端子４ｂを設ける
一方、反対側の着色用端子部では、２色目の着色用端子
４ｂの上下にパターン幅の小さな着色用端子４ａ，４ｃ
をそれぞれの着色順に応じた長さまで延長するというも
のである。

【００１８】高分子電着法によるカラーフィルターは、
電着浴槽中で透明電極パターン表面状に色素と樹脂とが
電気泳動によって析出することにより形成される。析出
した色素と樹脂は絶縁物であるため透明電極表面を覆う
まで析出が継続される。析出した色素と樹脂の膜は、析
出時に透明電極から発生するガスを通すために多孔性の
膜になる。そのため透明電極を覆い尽くした後も一定の
膜厚に達するまで成長を続ける。

【００１９】このような高分子電着法の場合、カラーフ
ィルター膜厚を均一にするためには、高分子電着カラー
フィルターを形成する透明電極パターンの設計が極めて
重要である。着色用端子が仮に片側端部にだけしか存在
しない場合、高分子電着カラーフィルターの膜厚は不均
一な分布を示す。しかし、本発明のように電極パターン
幅が大きく異なった場合にも、両端部に着色端子が配置
されることにより、高分子電着カラーフィルターの膜厚
分布は極めて均一になることを見出した。

【００２０】したがって、図６で示すような透明電極パ
ターンを用いることにより高分子電着カラーフィルター
形成用の透明電極パターンが液晶駆動用として兼用可能
になる。 （２）バイポーラ現象の発生する領域近傍に透明電極パ
ターン面積を拡張することにより、バイポーラ現象を完
全に防止することを見出した。拡張の方法については、
電着用端子部の形状をバッド状にして、高分子電着カラ
ーフィルターが形成される透明電極パターンの幅よりも
大きくする方法である。

【００２１】他の方法として、電着用端子の長さを大き
くする方法もあるが、これは通常、電着用端子として使
用できる透明電極パターン基板の領域が制約されるため
に限界がある。この制約がないか、電着用端子長が十分
大きく取れる場合には、この方法も有効である。

【００２２】

【作用】高分子電着カラーフィルターは、図４（ｄ）で
示したように、電着浴液中にイオン化された高分子樹脂
と色素とが存在し、適性な電圧を印加することにより透
明電極パターン表面上に高分子樹脂と色素とが共析する
ことによって高分子カラーフィルターが形成される。析
出した樹脂は析出時に電荷を失い、色素と共に絶縁膜を
形成している。

【００２３】バイポーラ現象は、この電圧印加初期に発
生するが、このときの印加された透明電極パターンの表
面近傍には、色素をともなった樹脂イオンが電着浴液中
から一気に集中する。この樹脂イオンの電着浴液中での
移動速度が大きすぎるため、電着端子付近では、印加さ
れた透明電極パターンの面積が小さすぎて、すべての色
素をともなった樹脂イオンを析出しきれず、余剰のイオ
ンが非通電部の透明電極に付着・析出する。

【００２４】したがって、通電された電着用端子部の面
積をできるだけ拡張することによって、余剰の色素をと
もなった樹脂イオンを吸収し、析出量を増やすことでバ
イポーラ現象を防止することができる。

【００２５】

【実施例】

（実施例１）図６は、本発明による高分子電着カラーフ
ィルターに用いる透明電極パターンの一実施例である。
３種類の長さの異なる着色端子１２を用いて赤色、緑
色、青色の高分子電着カラーフィルターを順次形成でき
るように設計してある。２本おきに両端部とも最も外周
部まで、延ばされた透明電極パターンを導電補助材（例
えば銀ペーストなど）を用いて連結させて１色目の高分
子電着カラーフィルターを形成させる。２色目、３色目
も同様な方法で順次形成可能なように両端部の長さをそ
れぞれ変えてある。１本の透明電極パターン（以後ライ
ンと呼ぶ）の両端部の幅は、外部接続端子部１５のパタ
ーン幅に影響を与えないように片側端部は透明電極パタ
ーンの間隙部（以後スペースと呼ぶ）に細く配置されて
いる。本実施例では、ライン幅を１００ミクロン、スペ
ースを８０ミクロンとし、片側の細い着色端子のライン
幅は各スペースの中間に２０ミクロンの幅で配置した。

【００２６】このように設計された透明電極パターンを
用いて高分子電着カラーフィルターを形成したところ、
カラーフィルター表面の平滑性は１．０±０．０３ミク
ロンと極めて良好な結果が得られた。また、この高分子
電着カラーフィルターを用いて、図５に見られるような
多色液晶表示装置を製作した。図７（ａ），（ｂ）はそ
れぞれ断面を９０゜回転させたものである。図２に示し
た従来の多色液晶表示装置に見られるトップコート１３
及び透明電極１４がなく簡素な構成をしている。外部接
続端子１５は、図３の１５と同等のパターンピッチを有
しているためにＴＡＢ取りつけは全く支障がなかった。

【００２７】従来の多色液晶表示装置における高分子電
着カラーフィルター形成用透明電極を液晶駆動用に兼用
させるために、これまで障害になっていた高分子電着カ
ラーフィルターの抵抗値は、膜厚を１．０ミクロンに薄
くすることで大きく低下させることができた。このとき
の抵抗値の低下は膜厚の絶対値低下によるものだけでは
なく、電着カラーフィルター中の微細な孔の露出面積が
膜厚１．５ミクロンのときよりも飛躍的に増加による効
果と思われる。

【００２８】さらに、透明電極のシート抵抗値は、従来
電着カラーフィルター形成用に１５Ω／□以上であった
が、これを１０Ω／□に切り換えることで、液晶駆動用
電極としても兼用可能になった。このような構成をした
多色液晶表示装置（図５）は、従来品と比べて同等レベ
ルの表示品質を得ることができた。

【００２９】（実施例２）図８に示したのは、着色用端
子部１２の透明電極幅とスペースのバランスを変えた他
の実施例である。これは、着色用端子４４が１本おきに
極端に細くなっている部分を見直し、カラーフィルター
形成時に用いられる着色用補助材（たとえば、銀ペース
トのような導電材料）の効果を左右均等にさせるための
試みである。着色用端子部１２の透明電極幅とスペース
はそれぞれ１２０ミクロン、６０ミクロンとした。

【００３０】このカラーフィルター基板を用いて実施例
１と同様に高分子電着カラーフィルターを形成した。カ
ラーフィルター膜厚のネライ値０．７ミクロンに対し、
±０．０２ミクロン以内にバラツキが抑えられ、極めて
均一な表面形状を有していた。ちなみに使用した透明電
極の抵抗値は１０Ω／□である。この高分子電着カラー
フィルターを用いて、実施例１と同様に図９に示す多色
液晶表示装置を作成したところ、実施例１と同レベルの
表示品質が得られた。

【００３１】（比較例）図１０は、着色用端子１２が外
部接続用端子１５と同様に交互に１本おきに透明電極パ
ターンを配置したものである。この基板を用いて実施例
１と同様に高分子電着法により、赤色、緑色、青色のカ
ラーフィルターを順次形成した。このときのカラーフィ
ルターの表面の平滑性は０．８±０．１６ミクロンとバ
ラツキが大きかった。これは特に着色用端子１２近傍と
反対側の端部近傍での膜厚が厚いことによるもので、着
色用端子１２が１本おきになっていることから、カラー
フィルターの膜厚も両側の端部では１本おきに大小繰り
返すバラツキ状態になっていた。

【００３２】したがって、このカラーフィルターを用い
て製作された多色液晶表示装置は、同一面内で明るさ及
び色調のバラツキが生じて表示品質は良好でなかった。 （実施例３）図１１は、本発明のパッド型電着端子を有
する電極パターン基板の一実施例を示す平面模式図であ
る。図中１ａ、１ｂ、１ｃは高分子電着カラーフィルタ
ーが形成される電極パターン、図中Ａは１色目の電着用
端子、Ｂは２色目の電着用端子である。Ａは図１（ａ）
に見た従来の電着用端子の幅の３倍の幅を有し、Ｂは従
来の２倍の幅を有している。

【００３３】このようなパッド型電着用端子を有する電
極パターンを用いて高分子電着カラーフィルターを形成
したところバイポーラ現象は全く発生しなかった。 （実施例４）図１２は、本発明によるパッド型電着端子
を有する電極パターン基板の他の実施例を示す平面模式
図である。図中１ａ、１ｂ、１ｃは高分子電着カラーフ
ィルターが形成される電極パターン、図中Ａ’は１色目
のパッド型電着用端子、Ｂ’は２色目のパッド型電着用
端子である。Ｂ’のパッド形状が実施例１に比べ、パッ
ドＡ’の領域に入り込み、パッドＡ’とＢ’との面積バ
ランスを変えたものである。これらのパッド型電着用端
子の面積は図１（ａ）に示した従来例に比べ、Ａ’が
２．８倍、Ｂ’が２．２倍になるように設計した。

【００３４】このようなパッド型電着用端子を有する電
極パターンを用いて高分子電着カラーフィルターを形成
したところ、バイポーラ現象は全く発生しなかった。本
発明は、これまでに述べてきたことからわかるように高
分子電着カラーフィルターに用いられる電極パターンの
端部に形成される電着用端子の面積を拡大することに最
大のポイントがあり、この狙いを具体化した電着用端子
のパターン形状がパッド型を有するということであるの
で、上記２つの実施例に制約を受けるものではない。

【００３５】また、高分子電着カラーフィルターの現状
における主な用途が透明電極基板を用いているため、説
明の中に透明電極を多用してきたが、これも本発明では
透明電極だけに限定するものではなく、ニッケルやクロ
ム等の金属を電極とした場合も適用される。

【００３６】

【発明の効果】これまでに詳細に述べてきたように、本
発明によるカラーフィルターの表面はバイポーラ現象を
防止したことにより、極めて平滑性に優れ、同時に歩留
りを改善できる。このカラーフィルターを用いた多色液
晶表示装置は、従来品と比べて構成が簡単であることに
より、製造コストを大幅に低下させることが可能である
と同時に、表示品質は従来と同等レベルを確保できる効
果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のカラーフィルター基板である。

【図２】従来の多色液晶表示装置の断面図である。

【図３】従来の対向基板である。

【図４】高分子電着カラーフィルターの製造方法の模式
図である。

【図５】従来の高分子カラーフィルターのバイポーラ現
象を示す平面模式図である。

【図６】本発明によるカラーフィルター基板の一実施例
である

【図７】本発明による多色液晶表示装置の断面図であ
る。

【図８】本発明によるカラーフィルター基板の他の実施
例である

【図９】本発明による多色液晶表示装置の他の実施例の
断面図である。

【図１０】比較例による透明電極パターンを有したカラ
ーフィルター基板である。

【図１１】本発明による高分子電着カラーフィルターに
用いられるパッド型電着端子を有する電極パターン基板
の一実施例を示す平面模式図である。

【図１２】本発明による高分子電着カラーフィルターに
用いられるパッド型電着端子を有する電極パターン基板
の他の実施例を示す平面模式図である。

【符号の説明】

１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ、５Ｒ、５Ｇ カラーフィルター ５Ｂ、７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ カラーフィルター １ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂ ２ｃ 透明電極パター
ン ４ａ、４ｂ、６ａ、６ｂ 透明電極 ８ａ、８ｂ 透明電極 １１ ガラス基板 １２ 着色用端子 １３ トップコート １４ 透明電極 １５ 外部接続用端子 ２１ 対向ガラス基板 ２２、２６ 共通電極 ２３ シール ２４ 液晶 ２５ 電着槽 ２７ 防染膜 ２８ 電着槽 ２９ 対向電極 ３１、３２ バイポーラ Ａ，Ｂ，Ａ’，Ｂ’ 電着用端子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の透明電極パターンを有する透明電
   極基板の該透明電極パターン上に、着色層を形成するこ
   とよりなる高分子電着カラーフィルターにおいて、該透
   明電極パターンの両端部に設けられた着色専用の端子部
   の透明電極パターン幅を任意とし両端部に着色端子を配
   置することを特徴とするカラーフィルター。
2. 【請求項２】 請求項１に記載されたカラーフィルター
   を用い、かつ前記透明電極パターンを表示駆動用電極と
   して用いることを特徴とする多色液晶表示装置。
3. 【請求項３】 複数の透明電極パターンを有する透明電
   極基板の該透明電極パターン上に、着色層を形成するこ
   とにより高分子電着カラーフィルターにおいて、該透明
   電極パターンの少なくとも一方の端部に設けられた着色
   専用の端子部の透明電極パターン幅をカラーフィルター
   パターン部の電極幅より大きい電着端子を特徴とするカ
   ラーフィルター。
4. 【請求項４】 請求項１に記載されたカラーフィルター
   を用い、かつ前記透明電極パターンを表示駆動用電極と
   して用いることを特徴とする多色液晶表示装置。